外文翻譯--倒立擺的控制最合適的算法 中文版.doc

倒立擺的控制最合適的算法摘要本文的主要內(nèi)容是PID調(diào)節(jié)器三種算法之間的比較。在這種情況下調(diào)節(jié)來自于所需垂直位置參數(shù)的偏差。調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和自動駕駛儀是相同的，都用于飛機俯仰角穩(wěn)定。三種不同的結(jié)構(gòu)的算法描述和這些結(jié)構(gòu)之間不同的比例、積分和微分的增益是相互連接的。目標(biāo)是使倒立擺能夠找到最合適的算法結(jié)構(gòu)。使之獲得最好的系統(tǒng)的穩(wěn)定性，穩(wěn)定的角度范圍寬，結(jié)構(gòu)比較簡單，沒有超出規(guī)定的輸入的局限性。關(guān)鍵詞：倒立擺；推力矢量噴管；PID調(diào)節(jié)器；自動駕駛儀1引言倒立擺是一個典型的不穩(wěn)定系統(tǒng)的例子，它被廣泛用作測試控制算法（PID控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯等）的基準(zhǔn)。本系統(tǒng)研究了在火箭起飛后的彈動力學(xué)，或者是在低動態(tài)壓力不穩(wěn)定的條件下推力矢量飛機飛行的條件?；鸺目刂茊栴}主要是使它保持在一個垂直的狀態(tài)上當(dāng)它的火箭加速時1。倒立擺的擺角位置通過輸入力來控制。在這種情況下，控制力是在矢量噴管的系統(tǒng)中產(chǎn)生的，在那里力和噴管偏轉(zhuǎn)是成正比的。位置限制（20）、速率限制（60度/秒）和噴嘴動力學(xué)通過第二階傳遞函數(shù)都被表示出來2，在之后系統(tǒng)的模型向量噴嘴也被簡要的描述出來。對這個倒立擺模型的非線性系統(tǒng)進(jìn)行分析得到：222cosdxddMmmlmlFdtdtdt(1)222cossinddxJmlmlmldtdt(2)其中M小車的質(zhì)量，m-倒立擺擺桿質(zhì)量，L擺桿轉(zhuǎn)動軸心到桿質(zhì)心的長度，J-擺桿慣量，偏離垂直位置角度，X車位置坐標(biāo)，g-重力加速度，F(xiàn)輸入力。通過這些參數(shù)，可以得到系統(tǒng)的實際模型。該系統(tǒng)將用于所選擇的控制系統(tǒng)的最終的非線性分析。方程（3)為系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，它是利用控制器的設(shè)計和調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置來對系統(tǒng)進(jìn)行分析的：522221,2815101,90836nlsKJmlUsswssgJ(3)其中K增益的系統(tǒng)，wn固有頻率系統(tǒng)。這個函數(shù)很容易分析，可以看出PID調(diào)節(jié)器設(shè)計也不復(fù)雜。2第一算法第一種算法描述的結(jié)構(gòu)如下3：zFsPsssDs(4)F（s）-倒立擺所受外界作用力；Z（s）所需的角度值；P，D調(diào)節(jié)器的系數(shù)。這種自動駕駛儀的結(jié)構(gòu)包括兩個循環(huán)外部和內(nèi)部，如圖1所示：圖1第一算法的結(jié)構(gòu)傳遞函數(shù)的內(nèi)循環(huán)是：2222221oooKsswKsKDssKDswsw(5)和整個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：22()zosKPssKDsKPw(6)通過對P、D參數(shù)的計算及方程（6）得出：222spspspsww(7)從以往的公式，你可以找到相似飛機的短周期模式和相同的標(biāo)準(zhǔn)，短期內(nèi)阻尼sp和頻率wsp是可用的為這個目的，標(biāo)準(zhǔn)的短周期阻尼和頻率根據(jù)4，5，6是：0.351.3；sp1/secspwrad把方程(6)和表達(dá)式(7)合并得：2222()2ospspspsKDsKPwsww系數(shù)D可以計算：12spspJDwkgmsl(8)和系數(shù)P：22spJDwmgkgmsl(9)圖2顯示了階躍響應(yīng)，輸入信號最終值階躍函數(shù)為：/10。這個值是從方程的近似計算（1）和（2）得到的。系數(shù)P值為：P=461049和系數(shù)D為：D=312133。圖2角的時間響應(yīng)你可以看到圖3，當(dāng)t=0的輸入力超過這個結(jié)構(gòu)限制時，它將不可用于進(jìn)一步的設(shè)計。圖3輸入力的響應(yīng)時間3第二算法第二個算法給出了跟蹤控制法【3】:zPsIFssDssss(10)I系數(shù)的選擇和PID調(diào)節(jié)器的積分系數(shù)及其他參數(shù)的選擇是一樣的，如公式(4)。自動駕駛儀的結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4第二算法的結(jié)構(gòu)該模型由2循環(huán)也從內(nèi)在和外在循環(huán)及傳遞函數(shù)中給出了有效的內(nèi)部循環(huán)方程(5)。包括外層循環(huán)，最終的轉(zhuǎn)移函數(shù)是：322zosKPsKIssKDsKPwsKI(11)第三階系統(tǒng)的二項標(biāo)準(zhǔn)的形式描述了所需的時間響應(yīng)【3】：322333zzzswswswWz是期望值的自然頻率。P，I，D系數(shù)：223zJPwmgkgmsl(12)33zJIwkmgsl(13)13zJDw